CN110426207B - 滑动轴承和推力轴承用的综合性能测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滑动轴承和推力轴承用的综合性能测试试验台，其包括底座、设置在底座上的涡轮增压器、设置在底座上且用于与止推装载机连接的测试段框架、轴向活动且旋转设置在测试段框架中的外壳、旋转设置在外壳中的测试轴、与安装在测试轴上的测试盘、设置在测试盘两侧的推力轴承、安装在推力轴承外侧的径向轴承、设置在推力轴承与径向轴承之前的间隔件、设置在外壳上且与测试轴动密封接触的尾端盖、以及设置在测试轴对应端部的加载装置；本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

Description

滑动轴承和推力轴承用的综合性能测试试验台

技术领域

本发明涉及滑动轴承和推力轴承用的综合性能测试试验台。

背景技术

目前，在众多旋转机械行业中，滑动轴承往往需承受复杂交变的载荷，其性能在很大程度上会影响整体机构的运行。为了解螺杆压缩机中可倾瓦滑动推力轴承的运行可靠性，通过采集相关参数研究可倾瓦滑动推力轴承运行规律和性能，由于滑动轴承在主轴两端都有，需要对两个滑动轴承同时进行监测，传统的试验台在监测过程中容易发生相互干扰，难以得到真实可靠的试验数据，CN201821843108.7滑动推力轴承性能测试试验台本体、CN201811330987.8一种滑动推力轴承性能测试试验台本体提供的方案仅仅是对普通滑动轴承的测试，而在实现使用中，经常是滑动轴承与推力轴承组合时候，现有试验台无法模拟其组合使用的综合性能测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种滑动轴承和推力轴承用的综合性能测试试验台。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种滑动轴承和推力轴承用的综合性能测试试验台，包括底座、设置在底座上的涡轮增压器、设置在底座上且用于与止推装载机连接的测试段框架、轴向活动且旋转设置在测试段框架中的外壳、旋转设置在外壳中的测试轴、与安装在测试轴上的测试盘、设置在测试盘两侧的推力轴承、安装在推力轴承外侧的径向轴承、设置在推力轴承与径向轴承之前的间隔件、设置在外壳上且与测试轴动密封接触的尾端盖、以及设置在测试轴对应端部的加载装置；

在涡轮增压器沿着轴向活动设置在底座上；

在外壳上设置有用于检测内部压力油的压力传感器、热电偶传感器、温度传感器；在外壳上设置有测压口。

作为上述技术方案的进一步改进：

加载装置包括设置在测试轴头部的涡轮增压器之间的驱动端加载装置、和/或设置在尾端盖上且与测试轴尾部对应的推力加载装置。

加载装置用于给测试轴对应端部加载轴向压力力，从而平衡旋转时的轴向力；其包括与测试轴端部密封接触的压力腔体、以及与压力腔体连接的管路；

加载装置通过推力加载控制阀连接有蓄能器，蓄能器还通过冷却控制阀、过滤器连接有外壳内腔，外壳连接有系统背压控制阀，蓄能器还通过涡轮速度控制阀与涡轮增压器连接；

系统背压控制阀进口通道口径大于密封圈的间隙。

在推力轴承的轴瓦件外端设置有轴瓦凸台，在轴瓦凸台上设置有轴瓦衬垫，在轴瓦衬垫与轴瓦凸台密封口之间设置有轴瓦阻尼件，在轴瓦凸台上分布有电偶轴瓦安装孔。

在径向轴承的轴承套上圆周阵列分布有轴承电偶孔，在轴承电偶孔外侧设置有轴承枢轴，在轴承枢轴上设置有轴承衬垫，在轴承衬垫与轴承套的油口之间设置有轴承阻尼件；径向轴承采用碳化钨涂层。

在外壳的管道和仪表线上设置有称重传感器。

间隔件包括迷宫式密封套。

在涡轮增压器输出轴与外壳右端的连接头之间连接有平衡活塞。

在测试轴与驱动端加载装置之间设置有联轴器，在外壳与测试段框架之间设置有带有力矩传感器的万向节轴承或静压轴承。

在涡轮增压器与底座之间设置有直线导轨。

使用本发明时，底座为支撑，直线导轨可以释放轴向力，涡轮增压器驱动旋转，平衡活塞平衡轴向力，连接头为支撑，联轴器实现柔性连接，热电偶传感器实现监控，力矩传感器实现监控，测试轴实现旋转，驱动端加载装置实现对轴向力的平衡，外壳为支撑，实现径向轴承，推力轴承的综合测量，测试盘实现模拟叶轮，压力传感器，温度传感器实现监控，万向节轴承实现支撑，测压口实现实时随机监控内部压力，尾端盖实现后支撑，推力加载装置实现轴向力监控，称重传感器实现监控，系统背压控制阀实现内部压力监控，过滤器实现过滤，推力加载控制阀实现轴向力监控，冷却控制阀实现降温控制，涡轮速度控制阀转速控制，蓄能器为空压机或蓄能器，实现了对组合轴承的模拟，与测试。

附图说明

图1是本发明整体的结构示意图。

图2是本发明控制的结构示意图。

图3是本发明局部一的结构示意图。

图4是本发明局部二的结构示意图。

其中：1、底座；2、直线导轨；3、涡轮增压器；4、平衡活塞；5、连接头；6、联轴器；7、热电偶传感器；8、力矩传感器；9、测试轴；10、驱动端加载装置；11、外壳；12、径向轴承；13、推力轴承；14、测试盘；15、压力传感器；16、温度传感器；17、万向节轴承；18、测压口；19、尾端盖；20、推力加载装置；21、称重传感器；22、系统背压控制阀；23、过滤器；24、推力加载控制阀；25、冷却控制阀；26、涡轮速度控制阀；27、蓄能器；28、轴瓦件；29、轴瓦凸台；30、轴瓦衬垫；31、轴瓦阻尼件；32、电偶轴瓦安装孔；33、轴承套；34、轴承枢轴；35、轴承电偶孔；36、轴承衬垫；37、轴承阻尼件；38、框架。

具体实施方式

如图1-4，如图1所示，本实施例的滑动轴承和推力轴承用的综合性能测试试验台，包括底座1、设置在底座1上的涡轮增压器3、设置在底座1上且用于与止推装载机连接的测试段框架38、轴向活动且旋转设置在测试段框架38中的外壳11、旋转设置在外壳11中的测试轴9、与安装在测试轴9上的测试盘14、设置在测试盘14两侧的推力轴承13、安装在推力轴承13外侧的径向轴承12、设置在推力轴承13与径向轴承12之前的间隔件、设置在外壳11上且与测试轴9动密封接触的尾端盖19、以及设置在测试轴9对应端部的加载装置；

在涡轮增压器3沿着轴向活动设置在底座1上；

在外壳11上设置有用于检测内部压力油的压力传感器15、热电偶传感器7、温度传感器16；在外壳11上设置有测压口18。

加载装置包括设置在测试轴9头部的涡轮增压器3之间的驱动端加载装置10、和/或设置在尾端盖19上且与测试轴9尾部对应的推力加载装置20。

加载装置用于给测试轴9对应端部加载轴向压力力，从而平衡旋转时的轴向力；其包括与测试轴9端部密封接触的压力腔体、以及与压力腔体连接的管路；

加载装置通过推力加载控制阀24连接有蓄能器27，蓄能器27还通过冷却控制阀25、过滤器23连接有外壳11内腔，外壳11连接有系统背压控制阀22，蓄能器27还通过涡轮速度控制阀26与涡轮增压器3连接；

系统背压控制阀22进口通道口径大于密封圈的间隙。

在推力轴承13的轴瓦件28外端设置有轴瓦凸台29，在轴瓦凸台29上设置有轴瓦衬垫30，在轴瓦衬垫30与轴瓦凸台29密封口之间设置有轴瓦阻尼件31，在轴瓦凸台29上分布有电偶轴瓦安装孔32。

在径向轴承12的轴承套33上圆周阵列分布有轴承电偶孔35，在轴承电偶孔35外侧设置有轴承枢轴34，在轴承枢轴34上设置有轴承衬垫36，在轴承衬垫36与轴承套33的油口之间设置有轴承阻尼件37；径向轴承12采用碳化钨涂层。

在外壳11的管道和仪表线上设置有称重传感器21。

间隔件包括迷宫式密封套。

在涡轮增压器3输出轴与外壳11右端的连接头5之间连接有平衡活塞4。

在测试轴9与驱动端加载装置10之间设置有联轴器6，在外壳11与测试段框架38之间设置有带有力矩传感器8的万向节轴承17或静压轴承。

在涡轮增压器3与底座1之间设置有直线导轨2。

具体地说，本实施例的滑动轴承和推力轴承用的综合性能测试试验台，可以测试承载性能、转子动力学性能和热力学性能等；

外壳11为对称布置。从驱动端到非驱动端(从右到左)，在试验台上放置推力中心轴承即推力轴承13，在推力中心轴承两侧放置径向轴承12。

在测试轴9的中部或端部，可以通过安装测试盘14，模拟真实叶轮的质量。每个测试盘带有螺纹孔，用于安装平衡装置，用于高速平衡时的校正重量。测试轴由涡轮增压器3产生的空气涡轮驱动。

涡轮增压器，通过套筒轴联轴器6。作为改进，在涡轮增压器的连接装置上，设置了一个整体平衡活塞4，用于平衡涡轮推力。该活塞通过与涡轮进口压力相同，可以在不同速度下平衡涡轮推力。整个涡轮增压器驱动架通过直线导轨2支撑，因此涡轮部分的净推力(即内部转子-定子反作用力)不能与测试部分的推力轴承13相传递。推力通过推力加载装置20施加在旋转的转子上。

优选，止推装载机壳体与测试段框架38相连，而不是与测试段壳体支撑11相连。迷宫式密封位于测试盘的外径处，外侧空腔可加压，从而在转子上产生推力。推力轴承装置的密封件和壳体密封件所产生的压缩空气泄漏，通过这两部分组件之间的通道排放到大气中。该通道面积的大小明显大于组合密封面积，从而防止由于该区域的背压，对壳体产生外部推力。

试验段外壳11在一个刚性框架38内，该框架38位于作为万向节的静压力空气轴承外侧壁上。这些万向节轴承17径向为壳体提供无摩擦支撑，但它们不会在周向或轴向上约束外壳体(即，壳体可能绕轴中心旋转，也可能轴向平移)。万向节轴承装置的力连杆有助于测量试验轴承上的反作用力(即推力负载和摩擦扭矩)。

除轴承反作用力外，称重传感器还将感应连接到试验段外壳上的所有管道和仪表线以及任何不平衡内推力的影响。通过使用柔性管线并确保与外壳的所有连接与轴的轴线垂直，可将连接管道的影响降至最低。这确保了与细长悬臂梁端部横向刚度类似的壳体轴向和旋转运动的低刚度。此外，称重传感器的响应可以校准为已知的轴向力和施加在过滤器上的扭矩，以补偿管道和仪表的结构效应。由于试验台设计为对称性布置(流动面积、轴直径等)，预计不会产生内推力；然而，试验过程中遇到了较小的水平，并且能够得到补偿。

可倾瓦径向轴承材料为钢合金。衬垫有轴向的衬垫前缘和后缘以及衬垫中心的孔，便于安装热电偶。带径向柔度特征的衬垫和是由电火花加工(EDM)制造的。用电火花线切割形成的通道也用作冷却流体的通道，使其通过轴承并带走热量。衬垫的前后边缘和衬垫中心有轴向孔，便于安装热电偶。径向柔度特性的衬垫预留空间用非硅酮橡胶阻尼材料填充，以改善启动/停止时的磨损，并将启动扭矩降至最低。

钢合金制成的推力轴承表面的槽的方向使轴旋转将流体从外径(OD)流向沟槽的内径(ID)。槽道与内径不完全连通，产生压力效应。槽道数量和槽深对静态和动态性能有显著影响。选择了12个凹槽，以实现负载能力和阻尼的良好平衡。为了适应制造公差等造成的偏差，轴承内置了柔度特征的衬垫。如图2所示，推力轴承的衬垫通过使用电火花线切割机进行制造，并带有轴向柔度特征，四个均匀分布的衬垫与轴承法兰连接。与径向轴承一样，导线路径也用作冷却流体的通道，在带柔度特征的衬垫预留空间，使用非硅酮橡胶阻尼材料来增加系统的机械阻尼。在耐磨性方面，推力轴承和推力转轮均采用碳化钨涂层。

使用本发明时，底座1为支撑，直线导轨2可以释放轴向力，涡轮增压器3驱动旋转，平衡活塞4平衡轴向力，连接头5为支撑，联轴器6实现柔性连接，热电偶传感器7实现监控，力矩传感器8实现监控，测试轴9实现旋转，驱动端加载装置10实现对轴向力的平衡，外壳11为支撑，实现径向轴承12，推力轴承13的综合测量，测试盘14实现模拟叶轮，压力传感器15，温度传感器16实现监控，万向节轴承17实现支撑，测压口18实现实时随机监控内部压力，尾端盖19实现后支撑，推力加载装置20实现轴向力监控，称重传感器21实现监控，系统背压控制阀22实现内部压力监控，过滤器23实现过滤，推力加载控制阀24实现轴向力监控，冷却控制阀25实现降温控制，涡轮速度控制阀26转速控制，蓄能器27为空压机或蓄能器，实现了对组合轴承的模拟，与测试。

本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种滑动轴承和推力轴承用的综合性能测试试验台，其特征在于：包括底座（1）、设置在底座（1）上的涡轮增压器（3）、设置在底座（1）上的测试段框架（38）、轴向活动且旋转设置在测试段框架（38）中的外壳（11）、旋转设置在外壳（11）中的测试轴（9）、与安装在测试轴（9）上的测试盘（14）、设置在测试盘（14）两侧的推力轴承（13）、安装在推力轴承（13）外侧的径向轴承（12）、设置在推力轴承（13）与径向轴承（12）之前的间隔件、设置在外壳（11）上且与测试轴（9）动密封接触的尾端盖（19）、以及设置在测试轴（9）对应端部的加载装置；

在涡轮增压器（3）沿着轴向活动设置在底座（1）上；

在外壳（11）上设置有用于检测内部压力油的压力传感器（15）、热电偶传感器（7）、温度传感器（16）；在外壳（11）上设置有测压口（18）；

加载装置包括设置在测试轴（9）头部的涡轮增压器（3） 之间的驱动端加载装置（10）、和/或设置在尾端盖（19）上且与测试轴（9）尾部对应的推力加载装置（20）；

加载装置用于给测试轴（9）对应端部加载轴向压力，从而平衡旋转时的轴向力；其包括与测试轴（9）端部密封接触的压力腔体、以及与压力腔体连接的管路；

加载装置通过推力加载控制阀（24）连接有蓄能器（27），蓄能器（27）还通过冷却控制阀（25）、过滤器（23）连接有外壳（11）内腔，外壳（11）连接有系统背压控制阀（22），蓄能器（27）还通过涡轮速度控制阀（26）与涡轮增压器（3）连接；

系统背压控制阀（22）进口通道口径大于密封圈的间隙；

在推力轴承（13）的轴瓦件（28）外端设置有轴瓦凸台（29），在轴瓦凸台（29）上设置有轴瓦衬垫（30），在轴瓦衬垫（30）与轴瓦凸台（29）密封口之间设置有轴瓦阻尼件（31），在轴瓦凸台（29）上分布有电偶轴瓦安装孔（32）；

在径向轴承（12）的轴承套（33）上圆周阵列分布有轴承电偶孔（35），在轴承电偶孔（35）外侧设置有轴承枢轴（34），在轴承枢轴（34）上设置有轴承衬垫（36），在轴承衬垫（36）与轴承套（33）的油口之间设置有轴承阻尼件（37）；径向轴承（12）采用碳化钨涂层；

在外壳（11）的管道和仪表线上设置有称重传感器（21）；

间隔件包括迷宫式密封套；

在涡轮增压器（3）输出轴与外壳（11）右端的连接头（5）之间连接有平衡活塞（4）；

在测试轴（9）与驱动端加载装置（10）之间设置有联轴器（6），在外壳（11）与测试段框架（38）之间设置有带有力矩传感器（8）的万向节轴承（17）或静压轴承；

在涡轮增压器（3）与底座（1）之间设置有直线导轨（2）。

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